试卷代号：1123 座位■ 中央广播电视大学2012一2013学年度第一学期“开放本科”期末考试（半开卷） 流体力学试题 2013年1月 题 号 二 三 四 总 分 分 数 得 分 评卷人 一、选择题（每小题3分，共15分） 1.在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：作用在该六面体上的表面力有() A.切向力、正压力 B.正压力 C.正压力、重力 D.切向力、重力 2.在水箱上接出一条等直径圆管，末端设有阀门以控制流量，若水箱内水面不随时间变 化，当阀门开度一定时，管中水流为( A.恒定均匀流 B.恒定非均匀流 C.非恒定均匀流 D.非恒定非均匀流 3.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是() A.呈抛物线分布 B.呈对数线分布 C.呈椭圆曲线分布 D.呈双线分布 4.流体内部某点压强为2个大气压，用液柱高度表示为() A.10米水柱 B.22米水柱 C.20米水柱 D.25米水柱 5.跌水的形成条件是() A.从急流过渡到急流 B.从急流过渡到缓流 C.从缓流过渡到缓流 D.从缓流过渡到急流 599
试卷代号 2 3 座位号 B. 急流过渡 D. 中央广播电视大学 13学年度第一学期"开放本科"期末考试(半开卷) 流体力学试题 2013 年1 |题号 - |分数 I I I I I |得分|评卷入| 一、选择题{每小题 I I I 1.在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力 z作用在该六面体上的表面力有( ) A. 力B. C. 力D. 2. 水箱上接 等直径 末端 流量 水箱 水面 化，当阀门开度一定时，管中水流为( ) A.恒定均匀流 .恒定非均匀流 c.非恒定均匀流 .非恒定非均匀流 3. 过流断面流速分 ) A.呈抛物线分布B.呈对数线分布 c.呈椭圆曲线分布 .呈双线分布 4. 部某 压强为2 气压 柱高度表示 ) A. 10 米水柱B.22 米水 C. 20 柱D.25 5. 形成 ) A. 急流 c.从缓流过渡到缓流 599
得 分 评卷人 二、判断题（本题若全为√或全为×，或规律性判断不给分；每题2.5 分，共15分)】 6.理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。 () 7.相对压强的数值可为正值，也可以是负值。 () 8.对于短管，若管路（管径、管长及布置）完全相同、作用水头相等，自由出流与淹没出流 的流量是相同的。 () 9.动能修正系数与断面流速分布有关。 () 10.恒定流一定是均匀流。 () 11.在恒定流情况下，流线与迹线重合。 () 得 分 评卷人 三、简答题（每小题5分，共20分） 12.进行水力计算时，“长管”和“短管”是如何定义的？ 13.能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么？ 14.雷诺数Re的物理意义？它为什么能用来判别流态？ 15.简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。 得 分 评卷人 四、计算题（共50分） 16.如图所示，一封闭的容器中装有水，右侧安装一个U形管，U形管内水银Pa=13.6× 103kg/m3,△h2=0.85m;△h1=0.4m,A点与水箱内水面高差为0.4m,求水箱内水面的相对 压强p。(12分) 600
|得分|评卷人| I I I 二、判断题{本题若金为J或全为 X，或规律性判断不给分;每题 分，共 5分} 6. 想流 仅在 体具有不 缩性 ) 7. 数值 ) 8. 短管 管长 布置 的流量是相同的。( ) 9. 面流速 ) 10. 一定是 ) 1. 在恒定 流线 线重 ) |得分|评卷人| I I I 三、简答题{每小题 5分，共 0分) 12. 进行 短管 定义 13. 种形 损失 14. 数Re 意义 判别流态 15. 判别 |得分|评卷人| I I I 四、计算题{共 0分} II .2 16. 所示 闭 的容器 装有 右侧安 个U 形管 ，U 水银 =13. 6 X 103kg/m3 , ~h2 =0. 85m ; ~hl =0. 4m A点与水箱内水面高差为 m，求水箱内水面的相对 压强扣。(1 2分) IPa po ρH 600
17.如图所示，左侧为密闭水箱，水通过一管道流入右侧水箱，已知左水箱内自由表面相 对压强力=29.4KPa,两水箱液面高差H=2.0m,管长l=5m,管径d=0.20m,管路沿程水 头损失系数λ=0.02，在恒定流情况下，求通过流量？(18分) 18.某渠道建有一平板闸门排水闸，闸门与渠道同宽，门宽2m,当闸门在某一开度时，闸 门前水深H=2.5m,闸孔后收缩断面水深h.=0.5m,闸孔出流局部水头损失为c-c断面流速 水头的1/2，即h=0.5 2g 求：(1)此时该渠道通过流量？ (2)此时作用于平板闸门上的动水总压力（不计摩擦力）？(20分) 601
17. 水箱 水通过一管道 右侧 左水箱 面相 对压强 =29. 4KPa 箱液 Om 管长 管径 20m 沿程 头损失系数 2，在恒定流情况下，求通过流量 (1 'v Pt 可一 - - i ---咱 Q 7 18. 渠道 有一 宽2m 开度 时 门前水深 5m 缩断 水深 5m 流局部水头损 为c-c 断面流 水头的山，Il hj =0. .e.g 求:(1)此时该渠道通过流量? (2) 平板 力)7 (20 阳已 C \ U '////////////////////////////~////// C 601
试卷代号：1123 中央广播电视大学2012一2013学年度第一学期“开放本科”期末考试（半开卷） 流体力学 试题答案及评分标准 (供参考) 2013年1月 一、选择题（每小题3分，共15分） 1.A 2.A 3.B 4.C 5.D 二、判断题（本题若全为√或全为×，或规律性判断不给分；每题2.5分，共15分） 6.× 7./ 8. 9.√ 10.× 11.√ 三、简答题（每题5分，共20分） 12.答；若沿程水头损失占主导地位，局部水头损失和流速水头可忽略不计，则按“长管”进 行水力计算，定义为“长管”：若沿程水头损失、局部水头损失和流速水头各占相当比重，都可忽 略不计，则按“短管”进行水力计算，定义为“短管”。 13.答：有沿程能量损失和局部能量损失两种。一是因为流体具有粘滞性，二是因为固体 边界条件的影响。 14.答：雷诺数实质是反映粘性力与惯性力之比。层流时惯性力不大，而粘性力占主导， 受粘性力的约束，流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导，受到干扰形成涡体，当粘性力 约束不了涡体时，流体质点互相摻混，所以用雷诺数可以来判别流态。 15.答：明渠水流分为缓流、急流、临界流。判别方法有： ①干扰波：波速C=√gh。,v=C为临界流，vc为急流； ②弗劳德数：弗劳德数F,=“,F-1临界流，F(1缓流，F,)1急流； √ghm ③临界水深hk:h>hk缓流，h=hk临界流，hk急流。 602
试卷代号 1 1 中央广播电视大学 3学年度第一学期"开放本科"期末考试{半开卷) 流体力学试题答案及评分标准 (供参考) 2013 年1 一、选择题{每小题 3分，共 5分) LA 2.A 3. B 4. C 5.D 二、判断题{本题若全为J或全为 X，或规律性判断不给分;每题 共15 6. X 7. .J 8. .J 9. .J 10. X 11. .J 三、简答题{每题 5分，共 0分} 12. 沿程水头 地位 部水 速水 略不 长管 行水力计算，定义为"长管";若沿程水头损失、局部水头损失和流速水头各占相当比重，都可忽 略不计，则按"短管"进行水力计算，定义为"短管"。 13. 有沿程 损失和局 失两 体具 滞性 边界条件的影响。 14. 诺数 反 映 惯性 惯性 不大 主导 受粘性力的约束，流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导，受到干扰形成涡体，当粘性力 约束不了涡体时，流体质点互相掺混，所以用雷诺数可以来判别流态。 15. 界流 判别方法 ①干扰披 z披速 ../ih C为 i临界流， c为缓流， c为急流; ②弗劳德数 z弗劳德数 = -l一， F， 1临界流， F， O缓流， F，> ③临界水深 : h > 缓流 h=h 界流 ，h 602
四、计算题（共50分）》 16.解：(1)画出1-2等压面。 (2分) (2)点压强计算式： p?=Pa十pHg△h2 p1=po十pgX0.4十Pg△h1 ,p1=2 po=PHg△h2-pg(0.4+△h1) =13.6×9.8×0.85-9.8(0.4+0.4)=105.45kN/m2 答：水箱内水面的相对压强p。为105.45kN/m2(1.076atm)。 (10分) 17.解：以右水箱水面为基准面，取a=1.0,管道进口局部损失5：=0.5，管道出口局部损 失5e=1.0,管中流速y (1)把左水箱内自由表面压强换算成液柱高度 卫= 29400 Pg1000X9.8=3m(水柱) (6分) (2)列能量方程： H++0=0+0+0+(：++.)若 og 2+3=0.5+0.02g2+1.0) 2g v=V2g·5=7.0m/s (8分) v② (3)流量： =02.7=0.2198m/s=219.81W5 Q=πd2 4 答：通过流量Q=0.2198m3/s。 (4分) 603
四、计算题{共 16. (1 出1-2 等压 (2) 算式 P2 =P. +pHg~h2 PI =Po +pg X O. 4+pg~hl PI =P2 PO =pHg~h2 - pg(O. 4+ ~hl) = 13.6 X 9. 8 X 0:85 - 9.8(0.4 十0.4) = 105. 45kN/m2 45kN/m2 (1. 076atm) (2 (1 17. 水箱 取α= 1. 管道进 损失 =0.5 局部 ，， 1. (1)把左水箱内自由表面压强换算成液柱高度 p 29400 一=唱~~~、/ n=3m (水柱) ρg (2) H+pg主+0=0+0+0 ,- -, - , - • '". ' •• L +C )ι 2 + 3 = (0.5 十0.02 1. 0) 0.2 ' -- -, 2g ν= 汀=7.0m (3) rrd2 rr • O. 22 Q= ~.'" . 7=0.2198m3/s=2 1/s 答:通过流量 0 (6 (8 (4 603
18。解：(1)以渠底为基准面，列能量方程，求通过流量： A十0+经=h.+0+号+0.5是(1)依连续方程.=BH==。5=5代入 2g 2g 2g Bh-h。-0.5 (1)式得： 2.5+点=0.5+1.5=0.5+1.55.0)=0.5十37.5 2g 2g 2g 2g 36.5始=2.0 2g o=1.037m/s ye=5.0 o=5.18m/s 流量：Q=hBwo=2.5×2×1.037=5.18m3/s (10分) (2)选择控制体，分析外力，列动量方程求作用于平板闸门上的动水总压力： R=7gh2B=0.5×9.8X2.52X2=61.25kN(方向向右) R.=2gh2B=0.5X9.8×0.52×2=2.45kN(方向向左) 设闸门对水的作用力为R,方向向左。 列动量方程： pQ(B2.-Bo)=P1-P。-R R=P1-P.-pQ(。-%)=61.25-2.45-5.18(5.18-1.037)=37.34kN (10分) 604
18. (1 渠底 准面 量方 求通过 量z -<! c 4 , I" f )J~ I r\ r- JJ~ "'1'\.~~ .L..: ""')""' BH HIνo 2.5v h+O+ 2g ··e' , 2g , _. 2g (1,., I~""""""' 连续方.N '0=' ~e 一-Rh <-. "'~o =5ν e he 0.5 (1)式得 2ν~ "I'" ,', r- (5.0Vo)2ν3 2.5 2g 0.5 -'-'-'-2g 1.5 0.5+ _.-.-.- 1. 5 ~一一一~= 2g 0.5+37.5 -'-'-"-2g 36.5 2.0 2g ν0= 1. 037m/s νe = 5.0 Vo = 5. 18m/s 流量 hBlIo = 2.5X2X 1.037= 5.18m3/s (2) 析外 列动量方程求作 平板 I= 0.5 X 9. 8 X 向2= (方向向右〉 Pe=÷pghiB=OJ ×98 ×0 2. 45kN (方向向左) (1 0分〉 设闸门对水的作用力为 R，方向向左。 列动量方程 pQ( - {311l0) = PI - PC - R R= PI -PC -pQ( - VO) = 61. 25 - 2.45 - 5.18(5.18 -1. 037) = 37.34kN (1 0分) 604